Теплоэлектростанции и теплоэлектроцентрали

В настоящее время в Беларуси электроэнергия почти полностью производится на основе преобразования энергии ископаемого топлива. Лишь незначительная доля, составляющая несколько мегаватт, вырабатывается на основе возобновляемых источников (за исключением: биомассы).

Электроэнергия получается на тепловых (конденсационных) электрических станциях (ТЭС) и теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). На ТЭС для конечного потребления производится только электроэнергия, а на ТЭЦ - дополнительно теплота.

В состав технологических схем ТЭС и ТЭЦ (рис. 1) входит паросиловая установка с турбиной.

По принципу работы турбины делятся на активные и реактивные.

В активных турбинах кинетическая энергия потока пара преобразуется в механическую работу.

В реактивных турбинах теплота преобразуется в работу за счет расширения пара.

В соответствии со вторым законом термодинамики в механическую работу может быть преобразовано до 45-46 % теплоты, так как часть ее необходимо отдавать холодильнику, которым служит окружающая среда.

Рис. 2. Принципиальные схемы ТЭС (а) и ТЭЦ с противодавленческой турбиной (б)

Поэтому при производстве на ТЭС только электроэнергии КПД использования первичного топлива не превышает 45 %. Оставшаяся часть энергии не используется, отводится от конденсатора и передается окружающей среде с помощью системы охлаждения водой (47%), дымовыми газами (5,5 %), через ограждающие стенки котлов и трубопроводы (2,5%). Такая схема позволяет достичь максимума выработки электроэнергии за счет приближения температуры рабочего вещества в холодильнике (конденсаторе) к температуре окружающей среды.

Если повысить температуру рабочего вещества в охладителе выше 100 °С, то охлаждающая вода будет иметь температуру, которая позволит использовать отработанную теплоту в тепловой машине для нужд теплоснабжения. При этом КПД использования энергии первичного топлива может достигать 92 % в ТЭЦ с противодавленческими турбинами (рис. 1, б). Из них 36 % приходится на электроэнергию, а 56 % - на теплоту. Причем это соотношение остается постоянным, что не всегда является оптимальным, так как потребности в электричестве и теплоте изменяются в течение суток, недель и сезонов.

Недостаток ТЭЦ с противодавленческими турбинами может быть преодолен на экстракционных ТЭЦ с турбинами, оснащенными устройствами отбора пара. На экстракционных ТЭЦ отпуск теплоты потребителям может изменяться в широких пределах - от его прекращения до максимального значения, соответствующего ТЭЦ с противодавленческой турбиной. Таким образом, экстракционная ТЭЦ занимает промежуточное положение между ТЭС и ТЭЦ с противодавленческой турбиной, что позволяет гибко удовлетворять нужды потребителей в соответствии с графиками тепловой и электрической нагрузок и в то же время добиваться энергосберегающего эффекта за счет более эффективного использования энергии первичного топлива.

В настоящее время на ТЭС и ТЭЦ наряду с паротурбинными установками (ПТУ) получают распространение парогазовые установки (ПГУ), работающие по комбинированной схеме. В первой ступени ПГУ с газовой турбиной в качестве первичного источника энергии и рабочего тела используется природный газ, а вторичным рабочим телом являются продукты сгорания. Во второй ступени источником энергии служат выхлопные газы турбины, а рабочим телом - пар, генерируемый в парогенераторе с их помощью. За счет реализации такой схемы на ТЭЦ увеличивается средняя температура подвода и уменьшается средняя температура отвода теплоты, что приводит к росту производимой полезной работы и доли выработки электроэнергии с 36-45 до 38—55 %. Парогазовая установка, работающая по аналогичной схеме, построена и эксплуатируется на Оршанской ТЭЦ.

Схема получения теплоты и электроэнергии на атомных электрических станциях (АЭС) и теплоэлектроцентралях (АТЭЦ) отличается лишь способом генерирования теплоты, которая высвобождается в ядерном реакторе, а затем передается рабочему веществу паротурбинной установки.

Атомные электростанции